(57)【要約】      （修正有）【課題】測定面と裏面とが平行な面を持たない試料の測定面の実効濃度プロファイルを測定することができる半導体素子の形成方法、濃度評価方法、および濃度評価装置を提供する。【解決手段】半導体素子の濃度評価方法は、まず、測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する。つぎに、形成された平行面を所定の角度の傾斜面を有する試料台の傾斜面に接するように固定する。そして、固定された試料の測定面１０１を研磨して試料内部の半導体接合面を露出させ、研磨された研磨面に対して広がり抵抗測定装置の端針７０３を接触させて濃度評価する。【選択図】図７
2007073633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成工程と、
前記平行面形成工程によって形成された前記平行面を所定の角度の傾斜面を有する試料台の当該傾斜面に接するように固定する固定工程と、
前記固定工程によって固定された前記試料の前記測定面を研磨して当該試料内部の半導体接合面を露出させる研磨工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項２】
測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成工程と、
前記平行面形成工程によって形成された前記平行面を所定の角度の傾斜面を有する試料台の当該傾斜面に接するように固定する固定工程と、
前記固定工程によって固定された前記試料の前記測定面を研磨して当該試料内部の半導体接合面を露出させる研磨工程と、
前記研磨工程によって研磨された研磨面に対して広がり抵抗測定装置の端針を接触させて濃度評価する濃度評価工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の濃度評価方法。
【請求項３】
前記濃度評価工程は、前記測定面から前記半導体接合面までの深さをｄとし、前記測定面と前記研磨面とのなす角度をαとし、前記測定面と前記平行面とのなす角度をβとし、前記広がり抵抗測定装置を用いて値を測定する間隔をＳとするとき、ｄ＞ｓｉｎ（｜α±β｜）×Ｓ×１０を満たすことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の濃度評価方法。
【請求項４】
測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成手段と、
前記平行面形成手段によって形成された前記平行面を前記試料内部の半導体接合面が露出するように前記測定面を斜めに研磨する研磨手段と、
前記研磨手段によって研磨された研磨面に対して広がり抵抗測定装置の端針を接触させて濃度評価する濃度評価手段と、
を備えることを特徴とする半導体素子の濃度評価装置。
【請求項５】
前記濃度評価手段は、前記測定面から前記半導体接合面までの深さをｄとし、前記測定面と前記研磨面とのなす角度をαとし、前記測定面と前記平行面とのなす角度をβとし、前記広がり抵抗測定装置を用いて値を測定する間隔をＳとするとき、ｄ＞ｓｉｎ（｜α±β｜）×Ｓ×１０を満たすことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の濃度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタまたはダイオードなどに適用可能であり、半導体素子の形成方法、半導体素子の濃度評価方法、および半導体素子の濃度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子において、表面から深さ方向に分布を持つプロファイルの実効濃度を測定するには、たとえば、測定対象となる試料を斜めに研磨する。そして、そのプロファイルを拡大し、拡大された研磨面の広がり抵抗（ＳＲ）を電気的に測定して濃度を計算する方法（ＳＲ測定）が一般的である。
【０００３】
たとえば、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）では、原子の数を測定することはできるが、電気的に寄与している活性化状態を測定することはできない。半導体素子の開発においては、原子の数よりも活性化状態を把握することが重要である。活性化状態を把握することによって、実際の素子の特性を理解するだけでなく、シミュレーションにフィードバックし、開発にかかる期間を短縮することも可能になる。
【０００４】
上述した広がり抵抗の値から実効濃度を換算するためには、ジャンクション（接合部）までの間に測定値の数が１０点以上（理想としては２０点）が望ましいと言われている。たとえば、０．３μｍの拡散プロファイルを測定する場合、表面と研磨面とのなす角度が１７分（１分＝１／６０度）であれば、濃度プロファイルは１／ｓｉｎ（１７分）＝２０２．２２倍に拡大され、測定面では約６０μｍ（０．３×２００）となる。このとき、測定点は、たとえば、５μｍ間隔では１２点、２．５μｍ間隔では２４点となり、理想的な濃度プロファイルを得ることができる。
【０００５】
しかし、実際には研磨後の角度が正確に１７分になることはあまりない。たとえば、このときの実際の角度が２０分であれば、研磨面の拡大率は１／ｓｉｎ（２０分）＝１７１．８８倍にしかならず、深さ方向に約１５％の大きな誤差が生じる可能性がある。このように、研磨の角度が拡大率に影響するため、研磨角度を測定することが重要となる。
【０００６】
この研磨角度に対して、広がり抵抗測定装置では、ＢＡＭ（Ｂｅｖｅｌ  Ａｎｇｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）と呼ばれる自動で角度を修正するプログラムがある。ただし、このプログラムを使用して広がり抵抗を測定する際に深さ方向の精度を出すためには、後述するように、いくつかの条件を満たす必要がある。
【０００７】
条件とは、具体的には、たとえば、一定の面積以上の平坦な表面が必要なことである。図１２は、従来の広がり抵抗の測定における試料を示す説明図である。上述したプログラムを用いて面の傾きを測定するためには、表面１２０１と研磨面１２０２の境界線１２０３に対し、垂直方向に一定の間隔が必要となる。その一例として、表面側７００μｍ以上に対して、研磨面側７００μｍ以上に渡って平坦な面が存在することが必要となる。
【０００８】
他の条件としては、たとえば、試料台に張り付ける面（裏面）が表面（測定面）と平行であることが必要である。表面と裏面とが平行でなく角度を持つ場合は、試料を１７分の傾斜面を有する試料台に張り付けたとき、試料を研磨した面の角度が１５分（０．２５度）であるとすると、研磨した面と表面とのなす角度は最大で３２分、最小で２分ということになる。
【０００９】
このとき、拡大率が最大の場合には、１／ｓｉｎ（２分）＝１７１９倍となるが、最小の場合には１／ｓｉｎ（３２分）＝１０７倍となる。たとえば、０．３μｍの拡散プロファイルを測定する場合は、２．５μｍ間隔では１２点しかなく、たとえプログラムによる角度補正ができたとしてもよい濃度プロファイルを得るのは難しい。
【００１０】
上述したように、浅い濃度プロファイルを測定する際に浅い試料台を使う場合には、表面に角度補正に必要な平坦な面が存在し、かつ試料台に張り付けた面（裏面）と表面とが平行であることが必要条件となっている。
【００１１】
また、半導体の不純物濃度プロファイルを測定する他の方法として、エッチング液にフッ酸と硝酸からなる混合液を用いて、第１の薄膜をエッチングして、シリコン半導体基板中の不純物濃度分布に対応して形状を物理的に変化させて、その形状を観察することによってシリコン半導体基板中の不純物濃度分布を求める方法が提案されている（たとえば、下記特許文献１〜３参照。）。
【００１２】
また、拡散ウェハを製造する方法として、シリコンウェハの両面に不純物の拡散層を形成させ、片側の面の拡散層を研削、除去した後、シリコンウェハの厚さを測定する。その後、フーリエ変更赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）によって非拡散層の厚さを測定し、測定した厚さを広がり抵抗法によって測定した場合の非拡散層の厚さに換算する。そして、シリコンウェハの厚さから非拡散層の厚さを減じて、形成した拡散層のもう一方の面の拡散層の厚さを求める。そして、シリコンウェハの厚さから、拡散層の厚さと非拡散層の厚さの規格値との和を減じた厚さを研磨することにより拡散ウェハを製造する方法が提案されている（たとえば、下記特許文献４参照。）。
【００１３】
高濃度不純物拡散層の拡散深さを求める技術として、一面側に高濃度不純物拡散層を有し、反対面側に表面研磨された低不純物拡散層を有する被測定半導体基板から切り出した試料に、試料の側面から試料面に平行に赤外線を入射させると共に、試料の厚さ方向に赤外線の照射方向を走査させ、試料を透過した赤外線の強度を測定し、測定された強度の入射光強度に対する比率を求めて、その変化点と走査位置との関係から高濃度不純物拡散層の拡散深さを求める拡散深さ測定装置が提案されている（たとえば、下記特許文献５参照。）。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−５８６０９号公報
【特許文献２】特開平１１−６７８５９号公報
【特許文献３】特開平１０−３２５７８６号公報
【特許文献４】特開平９−８２６７０号公報
【特許文献５】特開平５−２１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した特許文献に記載の従来技術では、濃度プロファイルを測定することはできるが、濃度の絶対値を求めることが困難であるという問題点が一例として挙げられる。
【００１６】
また、通常、広がり抵抗測定装置では、測定面と、測定面に平行な裏面とが存在していることが前提であり、測定面と裏面とが有為な角度を持つ試料を測定することは想定されていないため、測定できる試料の形状が限られてしまうという問題点が一例として挙げられる。
【００１７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、測定面と裏面とが平行な面を持たない試料の測定面の実効濃度プロファイルを測定することができる半導体素子の形成方法、半導体素子の濃度評価方法、および半導体素子の濃度評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
まず、通常の実効濃度プロファイルを測定する際に用いる所定の角度の傾斜を有する試料台ではなく、角度を持たない平坦な試料台を準備し、測定したい試料の表面側（測定面）を張り付ける。つぎに、張り付けた試料を研磨する。この研磨によって、表面に平行な面を形成することができる。つぎに、裏面を形成した試料を平坦な試料台から剥がす。そして、形成した面を裏面にして、角度のついた試料台に張り付けて、試料の表面（測定面）を斜め研磨し、広がり抵抗測定をおこなう。
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体素子の形成方法は、測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成工程と、前記平行面形成工程によって形成された前記平行面を所定の角度の傾斜面を有する試料台の当該傾斜面に接するように固定する固定工程と、前記固定工程によって固定された前記試料の前記測定面を研磨して当該試料内部の半導体接合面を露出させる研磨工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２の発明にかかる半導体素子の濃度評価方法は、測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成工程と、前記平行面形成工程によって形成された前記平行面を所定の角度の傾斜面を有する試料台の当該傾斜面に接するように固定する固定工程と、前記固定工程によって固定された前記試料の前記測定面を研磨して当該試料内部の半導体接合面を露出させる研磨工程と、前記研磨工程によって研磨された研磨面に対して広がり抵抗測定装置の端針を接触させて濃度評価する濃度評価工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３の発明にかかる半導体素子の濃度評価方法は、請求項２に記載の発明において、前記濃度評価工程は、前記測定面から前記半導体接合面までの深さをｄとし、前記測定面と前記研磨面とのなす角度をαとし、前記測定面と前記平行面とのなす角度をβとし、前記広がり抵抗測定装置を用いて値を測定する間隔をＳとするとき、ｄ＞ｓｉｎ（｜α±β｜）×Ｓ×１０を満たすことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４に記載の半導体素子の濃度評価装置は、測定対象となる試料の測定面に平行な平行面を形成する平行面形成手段と、前記平行面形成手段によって形成された前記平行面を前記試料内部の半導体接合面が露出するように前記測定面を斜めに研磨する研磨手段と、前記研磨手段によって研磨された研磨面に対して広がり抵抗測定装置の端針を接触させて濃度評価する濃度評価手段と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の半導体素子の濃度評価装置は、請求項４に記載の発明において、前記濃度評価手段は、前記測定面から前記半導体接合面までの深さをｄとし、前記測定面と前記研磨面とのなす角度をαとし、前記測定面と前記平行面とのなす角度をβとし、前記広がり抵抗測定装置を用いて値を測定する間隔をＳとするとき、ｄ＞ｓｉｎ（｜α±β｜）×Ｓ×１０を満たすことを特徴とする。
【００２４】
上述した発明によれば、測定面と裏面とが平行な面を持たない試料を用いて測定面と裏面とが平行な試料を形成することができる。また、測定面と裏面とが平行な試料を形成し、形成した試料の広がり抵抗の測定をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる半導体素子の形成方法、半導体素子の濃度評価方法、および半導体素子の濃度評価装置によれば、測定面と裏面とが平行な試料を形成し、形成した試料の広がり抵抗の測定をおこなうことができる。そのため、実際に作成した半導体素子の濃度プロファイルが測定できるようになる。また、半導体素子の特性の理解を促進し、実素子とシミュレーションとの差が具体的な数値で比較できるようになる。そのため、設計期間を大幅に短縮できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子の形成方法、半導体素子の濃度評価方法、および半導体素子の濃度評価装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図である。図１において、半導体チップ１００の側壁（測定面）１０１は、図示しない裏面に対して角度θ傾斜している。まず、半導体チップ１００を点線１０２に沿って、たとえば、図２に示す試料２０１の形状となるように切断する。上述した例では、切断するとしたが、研磨あるいは劈開によって試料２０１の形状を形成してもよい。また、図２では切断面は９０°になっているが、切断面の角度は９０°でなくても同様の目的、効果を達成することができる。
【００２８】
つぎに、点線２０２に沿って、たとえば、図３に示すような試料３０１の形状となるように切断する。ここでも、上述したように、研磨あるいは劈開により試料３０１の形状を形成してもよい。また、切断面の角度は９０°に限らず、どのような角度でも、同様の目的、効果を達成することができる。さらに、図３では、角度θを０°＜θ＜９０°として図示しているが、角度θは９０°≦θ＜１８０°であってもよい。
【００２９】
本実施の形態１においては、アルカリエッチングにより５４．７°の側壁表面（測定面１０１）にｐ型領域３０２を有し、他はｎ型領域３０３を有する試料を例として説明する。また、導電型が逆の場合（具体的には、側壁表面にｎ型領域を有し、他はｐ型領域を有する場合）、あるいは同導電型の場合（具体的には、側壁表面がｐ型領域を有し、他もｐ型領域の場合、または側壁表面がｎ型領域を有し、他もｎ型領域を有する場合）であっても、同様に測定可能である。
【００３０】
つぎに、図４に示すように、試料３０１の測定面を、平坦な面を形成した試料台４０１に張り付ける。そして、測定面に対して略平行な点線４０２に沿って試料３０１を研磨する。このように点線４０２に沿って研磨することにより、図５に示すように、試料台４０１に張り付けた測定面とほぼ平行な面（平行面５０１）を形成することができる。以下では、研磨により形成した平行面５０１が測定面に対してなす角度をβとして説明する。
【００３１】
図６は、試料を所定の傾斜を有する試料台に張り付けた状態を示す説明図である。平行面５０１を形成したら、試料台４０１から試料６０１を取り外して、図６に示すように、所定の角度αの傾斜を有する試料台６０２に取り付ける。そして、試料台６０２に試料６０１を張り付けたら、測定面１０１を研磨する。
【００３２】
研磨は、測定面１０１と、点線６０３によって示される研磨によって露出する面（研磨面）とのなす角度がαとなるように研磨する。このとき、研磨面と測定面１０１とがなす角度は最大でα＋β、最小でα−βとなる。理想的には、β＝０°となることが好ましい。
【００３３】
上述したように、試料６０１の平行面５０１が測定面１０１に対してβの角度を有する場合、研磨面とβが同じ方向に傾くと、研磨面と測定面１０１とがなす角度はα＋βとなる。また、研磨面とβとが逆の方向に傾くと、研磨面と測定面１０１とがなす角度はα−βとなる。
【００３４】
したがって、研磨面と測定面１０１とがなす角度はα−β〜α＋βの範囲となる。また、角度の絶対値｜α±β｜は、ＢＡＭ（Ｂｅｖｅｌ  Ａｎｇｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）により測定することができ、深さ方向の補正をすることもできる。
【００３５】
図７は、広がり抵抗の測定方法の概略を示す説明図である。図７において、測定面１０１を斜めに研磨することによって、ｎ型基板７０１、ｐｎ接合７０２が表面に露出している。この後は、通常の広がり抵抗の測定と同様の作業をおこなう。まず、測定面１０１に２本の端針７０３を用いて電流を流し、広がり抵抗を測定する。広がり抵抗を測定する際には、測定したい深さｄが下記式（１）を満たすようなαとβであれば、測定したい深さｄの間に広がり抵抗の値の数が１０を越えるため、必要なプロファイルを測定できる。また、式（１）において、広がり抵抗の値は、Ｓ＝２．５μｍの間隔により値を測定するものとする。
【００３６】
ｄ＞ｓｉｎ（｜α±β｜）×２．５×１０  ・・・（１）
【００３７】
図８は、実施の形態１の半導体素子の濃度評価方法によって測定された拡散プロファイルの一例を示すグラフである。図８は、側壁表面（測定面）にｐ型領域を有し、その他がｎ型領域の試料を測定した結果を示している。また、図９は、実施の形態１の半導体素子の濃度評価方法によって測定された拡散プロファイルの一例を示すグラフである。図９は、側壁表面（測定面）にｎ型領域を有し、その他もｎ型領域の試料を測定した結果を示している。図８および図９のグラフにおいて、縦軸は濃度を示し、横軸は深さを示している。
【００３８】
以上説明したように、実施の形態１によれば、測定面と裏面とが平行な試料を形成することができ、形成した試料の広がり抵抗の測定をおこなうことができる。
【００３９】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２にかかる半導体素子の濃度評価方法について説明する。実施の形態１は、測定面が半導体チップの側壁の場合の濃度評価方法であったが、実施の形態２は、たとえば、トレンチゲートのように測定面が半導体チップの内部にある場合の半導体素子の濃度評価方法について説明する。
【００４０】
図１０および図１１は、本発明の実施の形態２による形成中の試料の概略を示す説明図である。図１０において、半導体チップ１０００の測定面１００１がトレンチ１００２の内部に存在している。測定する試料を形成するために、半導体チップ１０００を点線１００３に沿って、たとえば、図１１に示すような、試料１１００の形状となるように切断する。上述した例では、切断するとしたが、研磨あるいは劈開により試料１１００の形状を形成してもよい。
【００４１】
また、図１１では、測定面１００１に対して切断面が９０°となるように示されているが、測定面１００１と切断面とがなす角度が９０°でない場合においても同様の目的、効果を達成することができる。つぎに、点線１１０１に沿って試料１１００を切断し、図３に示した、試料３０１の形状を得る。ここでも、上述したように、研磨あるいは劈開により試料３０１を形成してもよい。また、切断、研磨、あるいは劈開する角度は限定されない。上述したような処理により、図３に示した形状の試料３０１を得ることができる。以降の処理は、実施の形態１で説明した処理と重複するため説明を省略する。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態２にかかる半導体素子の濃度評価方法によれば、濃度プロファイルを測定する測定面がトレンチの内部にある場合においても、濃度プロファイルを測定することができる。
【００４３】
以上説明したように、半導体素子の濃度評価方法によれば、アルカリ溶液によるシリコンエッチングによって形成された側壁、トレンチの側壁、あるいは底面に対する角度が分からない側壁を有する試料であっても、測定対象となる面を基準して、測定対象の面に平行な面を形成することができる。そのため、形成された面を裏面として、測定対象となる面を斜め研磨することによって広がり抵抗の測定をすることができ、実際に作成した素子の濃度プロファイルを測定することができる。また、半導体素子の促成の理解を促進し、実素子とシミュレーションにより得た数値との差を具体的な数値によって比較することができる。そのため、設計期間を大幅に短縮できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる半導体素子の形成方法、半導体素子の濃度評価方法、および半導体素子の濃度評価装置は、測定面と裏面とが平行な面を持たない試料の半導体素子の濃度評価に有用であり、特に、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタまたはダイオードなどに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図（その１）である。
【図２】本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図（その２）である。
【図３】本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図（その３）である。
【図４】本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図（その４）である。
【図５】本発明の実施の形態１による形成中の試料の概略を示す説明図（その５）である。
【図６】試料を所定の傾斜を有する試料台に張り付けた状態を示す説明図である。
【図７】広がり抵抗の測定方法の概略を示す説明図である。
【図８】実施の形態１の半導体素子の濃度評価方法によって測定された拡散プロファイルの一例を示すグラフである。
【図９】実施の形態１の半導体素子の濃度評価方法によって測定された拡散プロファイルの一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２による形成中の試料の概略を示す説明図（その１）である。
【図１１】本発明の実施の形態２による形成中の試料の概略を示す説明図（その２）である。
【図１２】従来の広がり抵抗の測定における試料を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  半導体チップ
１０１  測定面
１０２  点線
２０１  試料
２０２  点線
３０１  試料
３０２  ｐ型領域
３０３  ｎ型領域
４０１  試料台
４０２  点線
５０１  平行面
６０１  試料
６０２  試料台
６０３  点線
７０１  ｎ型基板
７０２  ｐｎ接合
７０３  端針
【図１】
2007073633.tif 000003
【図２】
2007073633.tif 000004
【図３】
2007073633.tif 000005
【図４】
2007073633.tif 000006
【図５】
2007073633.tif 000007
【図６】
2007073633.tif 000008
【図７】
2007073633.tif 000009
【図８】
2007073633.tif 000010
【図９】
2007073633.tif 000011
【図１０】
2007073633.tif 000012
【図１１】
2007073633.tif 000013
【図１２】
2007073633.tif 000014